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导致细胞衰老的根本原因不在于表观遗传

已有 1813 次阅读 2021-11-17 11:05 |个人分类:衰老生物学|系统分类:观点评述

首先,搞理论要讲究自洽性,如果自相矛盾,说明理论模型是错误的。

细胞衰老过程,DNA全局甲基化水平是逐渐下降的,因此,可以当作一种量化细胞或个体衰老程度的时钟。并且很多研究人员相信,导致细胞衰老的根源可能是表观遗传。笔者认为,导致细胞衰老的根本原因,可能不在于表观遗传,依据如下:

1.表观遗传是可逆的不稳定的,无法成为稳定的“基准时钟(reference clock)”物质。因此,表观遗传时钟是受端粒和rDNA这种更稳定的“基准时钟”通过P53等介导调校的,例如,激活端粒酶就能逆转表观遗传时钟。但为什么甲基化时钟比端粒时钟更能准确反映实际年龄?笔者认为,由于甲基化时钟是通过P53间接介导调校的,而端粒长度与P53水平的关联性受多种因素的影响,如rDNA拷贝数,各种影响P53的降解因素,因此,相同长度的端粒,在不同组织细胞或不同个体上就会有不同水平的P53;2.有些生物如赤拟谷盗(Tribolium castaneum)和秀丽隐杆线虫(Caenorhabditis elegans)等等没有甲基化的DNA;3.实验显示在重编程过程中,细胞生理状态的年轻化发生在表观遗传特征的年轻化之前[Zhang, W., Qu, J., Liu, GH. et al. The ageing epigenome and its rejuvenation[J]. Nat Rev Mol Cell Biol ,2020,21:137–150.],说明重编程过程细胞返老还童与表观遗传重置无关;4.iPS细胞是体细胞DNA经过全去甲基化的重编程细胞,端粒长度能从重编程之前的30kb延长到70kb,经过几次分裂,继续延长,达到ES端粒长度的110kb。端粒酶敲除G1小鼠细胞可以诱导生成iPS细胞,生成的iPS细胞端粒依然30kb,这些iPS细胞植入囊胚无法生成嵌合小鼠[Rosa M. Marion,Maria A. Blasco,Han Li,et al.Telomeres Acquire Embryonic Stem Cell Characteristics in Induced Pluripotent Stem Cells[J].Cell Stem Cell,2009,4:141-154.]。这是因为,个体发育的本质是一种基因程序,是不同的基因的顺序表达。但是,驱动基因程序需要一个时序驱动器,而时序驱动器需要有一个时钟;5.直接重编程也能改变表观遗传,但将老年成纤维细胞直接重编程为神经干细胞,则保留了衰老的表型(Merten等人,2015年);6.虽然细胞实验表明短时间表达山中因子可以逆转多项衰老标志物,但是,停止山中因子表达后,这些衰老症状又很快开始积累,包括甲基化年龄恢复原状。说明只是启动细胞周期基因表达,促进组织再生,而没有延长端粒和rDNA,因为延长了端粒和rDNA会产生内在和外表的持久返老还童。但为什么多次循环表达山中因子,早衰小鼠寿命能够延长30%?这可能与山中因子促进组织修复再生有关,就象让转基因小鼠肝脏上调血管内皮生长因子(VEGF)分泌来促进血管再生,能使小鼠延寿48%一样;7.逆转表观年龄的指标只是逆转衰老的假象,甚至是加速衰老,因为表观遗传只能表示代谢水平,例如,生长激素能提高代谢水平,逆转表观遗传年龄,但实际上是加速衰老;8.异共生小鼠寿命延长幅度小于甲基化年龄的减少[Bohan Zhang, James P. White,et al.(2021)Multi-omic rejuvenation and lifespan extension upon exposure to youthful circulation],可以说甲基化年龄只能代表代谢水平的年龄,而非实际年龄,因为衰老的底层机制是端粒和rDNA时钟物质的缩减。这也是笔者反对修改表观遗传如DNA甲基化或组蛋白乙酰化能延寿的理由。因为衰老过程,组蛋白乙酰化水平是下调的,按道理抑制组蛋白乙酰化酶表达会缩短寿命,实际却显示延长寿命。生长激素能让DNA甲基化年龄年轻化,按道理增加生长激素会延长寿命,实际却是缩短寿命;9.生长激素能逆转DNA甲基化时钟[Fahy GM,Brooke RT,James P. Watson JP,et al.Reversal of epigenetic aging and immunosenescent trends in humans[J].Aging Cell,2019,18(6):e13028.],但生长激素会缩短小鼠寿命,而端粒酶延长端粒能增加细胞分裂次数,说明执行发育和衰老的遗传程序的时钟不是DNA甲基化时钟,而是端粒DNA时钟;10.体细胞诱导为iPS细胞的过程,DNA会经历大规模的去甲基化,但这不是返老还童,而是抹除细胞分化类型的身份,因为癌细胞无需身份抹除照样非常年龄。

《老而不衰或将实现!中国科学家破译出部分衰老密码》还是没破译出什么衰老密码,KAT7基因编码的是组蛋白乙酰化酶,组蛋白乙酰化有利于基因转录,促进蛋白质合成。而抑制KAT7能减少组蛋白乙酰化水平,从而下调基因转录和蛋白质合成。而蛋白质合成过程需要合成占RNA总量82%的rRNA,因此,说白了抑制KAT7延长寿命的原理是相当于热量限制。rDNA是非常脆弱的串联重复DNA,rDNA转录过程很容易受到损伤而导致拷贝数丢失,而rDNA拷贝减少会导致P53水平升高,从而使细胞进入衰老状态。也就是说,热量限制延长寿命的根本原因是减少端粒和rDNA的缩减[细胞衰老的端粒DNA和核糖体DNA共调控假说]。

至于异共生小鼠寿命的小幅度延长的原因,2016年年讨论过是来自年轻小鼠血液中的年轻干细胞,如造血干细胞和内皮祖细胞植入老年小鼠骨髓,然后再让老年小鼠血管和血液细胞年轻化。-原创:黄必录



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